一种ZrO2陶瓷与不锈钢或Al2O3陶瓷无压钎焊的方法技术

本发明专利技术公开了一种ＺｒＯ↓［２］陶瓷与不锈钢或Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］陶瓷无压钎焊的方法。主要包括下述步骤：（１）ＴｉＨ↓［２］膏剂的制备；（２）ＴｉＨ↓［２］膏剂的涂敷；（３）不锈钢或陶瓷焊件钎焊表面的处理；（４）无压装配及真空钎焊。其特点在于，真空钎焊步骤中，在真空度优于８×１０↑［－３］Ｐａ条件下，至少在两个不同温度，包括高于ＴｉＨ↓［２］真空条件下开始分解温度和钎焊温度下保温一定时间，并在到达钎焊温度前缓慢加热，最后缓慢冷却至室温。本发明专利技术可实现氧化锆陶瓷与不锈钢或氧化铝陶瓷之间的无压连接，该工艺方法简单、经济，可规模化生产，适于各种接合方式的连接，制备的连接件结构可靠，可用于承载和中低温应用的场合。

Pressureless brazing method of ZrO2 ceramic and stainless steel or Al2O3 ceramic

The invention discloses a method for ZrO: 2 ceramic and stainless steel or Al: 2 O: 3 pressureless brazing. Mainly includes the following steps: (1): TiH 2 ointment preparation; (2): TiH 2 paste coating; (3) processing of stainless steel or ceramic welding brazing surface; (4) non pressure assembly and vacuum brazing. The utility model is characterized in that the vacuum brazing process in vacuum is better than 8 * 10 = 3, Pa conditions, at least two different temperature, which is higher than the TiH: 2 under the condition of vacuum brazing temperature to the decomposition temperature and heat preservation time, and arrive at the brazing temperature before the slow heating, finally slow cooling to room temperature. The invention can realize non pressure connection between zirconia ceramic and stainless steel or alumina ceramics, the process is simple, economic, mass production, and is suitable for the connection of various joints, connecting parts of reliable preparation, can be used for carrying and low temperature applications.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种陶瓷与不锈钢或陶瓷钎焊的方法，特别涉及一种Zr02陶 瓷与不锈钢或A1203陶瓷无压钎焊连接的方法。
技术介绍
关于陶瓷与不锈钢或陶瓷之间的连接，主要有连接件结构可靠性，如强 度和耐高温能力、制造成本等方面的考虑。目前对于陶瓷与不锈钢或陶瓷之 间的连接技术，主要有烧结不锈钢粉末法(如Mo-Mn法)，活性不锈钢钎焊和 扩散焊等方法。烧结不锈钢粉末法，特别是Mo-Mn法，工艺比较成熟，目前 该方法主要用于Al20s陶瓷。由手Zr02陶瓷体内几乎不存在玻璃相，采用成 熟的烧结不锈钢粉末法工艺制备的氧化锆陶瓷/不锈钢或陶瓷件结合强度太 低，可靠性差。扩散焊虽然对多种陶瓷(如SiC、 Si3N4等非氧化陶瓷)能进行 成功连接，但该工艺对设备要求高，难于规模化生产，不利于经济产业化。所 以对于氧化锆陶瓷与不锈钢或陶瓷的连接主要采用活性不锈钢钎焊的方法。关于氧化锆陶瓷的活性不锈钢钎焊，目前应用和研究主要采用含活性元 素Ti的Ag-Cu-Ti和Cu-Ga-Ti等成分作为填料金属。据报道，目前Ti的添 加方式主要包括焊前熔炼和焊后熔合两种方式。由于氧化锆陶瓷本身特性， 在无压装配情况下， 一般合金钎料对其的浸湿性有限，因此通常情况下，需 要加压钎焊。而对于焊后熔合方式，Ti膜、TiH粉末、Ti箔、Ti粉以及TiH2 粉末等被采用。但他们或采用了对设备要求较高的真空镀膜工艺，或采用 了夹具固定，或附加了钎焊压力，且具体钎焊加热过程不详细，难于(经济) 实现。而采用Ti'粉，则会面临Ti粉(如磨细过程中)被氧化的问题。值得指出的是，与本专利技术直接相关的参考文献，同样采用TiH2活性钎 焊工艺对氧化锆陶瓷进行了连接，但其对钎焊真空度要求较高(真空度 《5xl(T3Pa)，且只采用片状Ag-Cu28钎料对Cu的平面钎焊，钎焊加热过程 没有格外设置使TiH2充分分解的保温阶段，若采用环型焊丝钎焊难于实现。 该文献没有考察氧化锆陶瓷与不锈钢的焊接。不锈钢耐高温性能、强度、耐 腐蚀性能均比铜好，氧化锆/'不锈钢的连接应用面更宽。但是，由于不锈钢弹 性模量大、塑性差，焊接应力不易消除，氧化锆与不锈钢的连接十分困难。参考文献高陇桥，陶瓷-不锈钢材料实用封接技术.北京化学 工业出取社，2005: 168"72。
技术实现思路
本专利技术基于氧化锆陶瓷与不锈钢或氧化铝陶瓷之间的连接在结构可靠 性、制造成本等方面的考虑，提供了一种Zr02陶瓷与不锈钢或Al203陶瓷无 压钎焊的方法。为达到以上目的，本专利技术是采取如下技术方案予以实现的 一种Zr02陶瓷与不锈钢无压钎焊的方法，其特征在于，包括下述步骤(1) TiH2膏剂的制备；将市售的TiH2粉末，滚混球磨，经粒度分布测试 粉末的—位粒径为2.785pm后，在磨细的TiH2粉末中加入草酸乙二酯和胶棉 溶液，搅拌30min以上制成TiH2膏剂待用；(2) TiH2膏剂的涂敷先将氧化锆陶瓷零件进行清洗，烘干后在氧化锆陶 瓷钎焊表面涂敷步骤(1)所制备的TiH2膏，形成TiH2涂层，并晾干；(3) 不锈钢钎焊表面的处理；将不锈钢零件清洗后，再置于瓦特溶液中对 钎焊表面镀镍，形成4 12pm的镍层；(4) 装配及真空钎焊在氧化锆陶瓷TiH2涂层和不锈钢零件镀镍层之间 放置片形环形72Ag-28Cu钎料，置于真空炉内，在真空度《8xl(^Pa条件下， 加热至'400 50(TC，保温至少30min，再加热至750。C，保温5 10分钟，然后以《5。C/min升温速率继续加热至82p 86(TC，保温10 50min，最后以《 5°C/min的降温速率冷却至室温，取出。上述方案中，TiH2膏剂的配比为TiH2粉末草酸乙二酯胶棉溶液-10g: 4 6ml: 6~8ml。一种Zr02陶瓷与A1203陶瓷无压钎焊的方法，包括下述步骤(1) TiH2涂层的制备；将市售的TiH2粉末，滚混球磨，经粒度分布测试 粉末的中位粒径为2.785^im后，在磨细的TiH2粉末中加入草酸乙二酯和胶棉 溶液，搅拌30min以上，制成TiH2膏剂待用；(2) TiH2膏剂的涂敷先将氧化锆陶瓷零件进疗清洗，烘干后在氧化锆陶 瓷钎焊，面涂敷步骤(1)所制备的TiH2膏，形成TiH2涂层，并晾干；(3) 人1203陶瓷零件钎焊表面的处理将氧化铝陶瓷零件钎焊表面磨平、 清洗后烘干，然后再钎焊表面上涂敷Mo-Mn金属膏剂，待晾干后，置于H2 炉中进行烧结金属化；将烧结金属化好的氧化铝陶瓷置于瓦特溶液中对钎焊 表面镀镍，形成4 12^im的镍层，然后置于真空气氛中进行烧镍处理，形成烧结镀镍层； .(4) 装配及真空钎焊在氧&锆陶瓷TiH2涂层和氧化铝陶瓷零件烧结镀 镍层之间放置片形或环形72Ag-28Cii钎料，置于真空炉内，在真空度《8xl(T3 Pa条件下，加热至400 500。C，保温至少30min，爯加热至750°C，保温5~10 分钟，煞后以《5。C/min升温速率继续加热至820 86(TC，.保温10 50min， 最后以《5'C/min的降温速率冷却至室温，取出。上述方案中，所述TiH2膏剂的配比为TiH2粉末草酸乙二酯胶棉溶 液40g: 4~6ml: 6~8ml;所述Mo-Mn金属膏剂的配比为Mo-Mn复合粉草 酸乙二酯胶棉溶液-10g: ^~6ml: 6~8ml;所述的Mo-Mn复合粉的配方为 70wt%Mo、 12wt°/。MnO、 10.5wt%Al2O3和7.5wt%Si02。本专利技术与现有技术相比的优点在于由于真空钎焊不同温度下保温为至 少包括TiH2在真空条件下的开始分解点以上温度(》400°C)和钎焊温度 (820~860°C)两个温度，因此本专利技术在40(TC以上的三个温度点都设置了不同的保温措施，从而在真空度优于8xl(T3Pa条件下，保证了 TiH2的充分分解， 使得采用环形钎焊料的真空钎焊能够实现。另外，在温度为75(TC以上控制 升温速率缓慢加热至钎焊温度820~860°C，最后采用缓慢降温的速率冷却至 室温，有利于消除不锈钢的焊接应力，可进一步保证焊接面的牢固性。本专利技术方制备工艺简单，经济，可用于不同接合方式的连接，适合大型 瓷件的封接和规模化生产。制备的连接件结构可靠，具有优良的耐高温性能， 可适用于承载和中低温的应用场合。附图说明图1为本专利技术氧化锆陶瓷/不锈钢或氧化铝陶瓷无压钎焊连接的工艺流 程图。.图2为本专利技术实施例1中氧化锆陶瓷/不锈钢平面钎焊连接的结构示意 图。其中，图2 (a)为氧化锆陶瓷/不锈钢钎焊前的装配示意图；图2 (b) 为氧化锆陶瓷/不锈钢真空钎焊后的示意图；图2 (c)为图2 (b)中截面A的示意图。图中1、氧化锆陶瓷件；2、不锈钢焊件；3、环状钎料丝；4、 TiH2涂层；5、镀镍层；6、反应层；7、富Ti层；8、钎焊中间层。图3为本专利技术实施例2中的氧化锆陶瓷/不锈钢双端面钎焊连接的结构示 意图。其中，图3 (a)为钎焊装配示意图；图3 (b)为真空钎焊后形成的陶瓷/不锈钢探头。图中11、氧化锆陶瓷管；12、不'锈钢焊管；13、不锈钢丝；14、可j戈合金，15、带孔的不锈钢焊盖。图4为图2实施例1氧化锆陶瓷/不锈钢平面钎焊接头的剪切强度与钎焊 温度和保温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＺｒＯ↓［２］陶瓷与不锈钢无压钎焊的方法，其特征在于，包括下述步骤：（１）ＴｉＨ↓［２］膏剂的制备；将市售的ＴｉＨ↓［２］粉末，滚混球磨，经粒度分布测试粉末的中位粒径为２．７８５μｍ后，在磨细的ＴｉＨ↓［２］粉末中加入草酸乙二酯 和胶棉溶液，搅拌３０ｍｉｎ以上，制成ＴｉＨ↓［２］膏剂待用；（２）ＴｉＨ↓［２］膏剂的涂敷：先将氧化锆陶瓷零件进行清洗，烘干后在氧化锆陶瓷零件钎焊表面涂敷步骤（１）所制备的ＴｉＨ↓［２］膏，形成ＴｉＨ↓［２］涂层，并晾干；（ ３）不锈钢钎焊表面的处理；将不锈钢零件清洗后，再置于瓦特溶液中对钎焊表面镀镍，形成４～１２μｍ的镍层；（４）装配及真空钎焊：在氧化锆陶瓷ＴｉＨ↓［２］涂层和不锈钢零件镀镍层之间放置环形７２Ａｇ－２８Ｃｕ钎料片，置于真空炉内，在真空度 ≤８×１０↑［－３］Ｐａ条件下，加热至４００～５００℃，保温至少３０ｍｉｎ，再加热至７５０℃，保温５～１０分钟，然后以≤５℃／ｍｉｎ升温速率继续加热至８２０～８６０℃，保温１０～５０ｍｉｎ，最后以≤５℃／ｍｉｎ的降温速率冷却至室温，取出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：乔冠军，刘桂武，王红洁，王继平，杨建锋，高积强，卢天健，金志浩，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]